Микро-, макро-, мегамиры

В современном естествознании имеют дело с чрезвычайно большой совокупностью сильно различающихся по своему масштабу и по уровню сложности объектов. Взяв за ориентир пространственно-временной масштаб, привычный для человека, всю совокупность объектов можно условно представить тремя областями.

Микромир:

- это мир предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых объектов

- пространственная размерность объектов в микромире исчисляется от 10^–16 см до 10^–6 см

- микромир целиком стал областью интересов квантовой физики

- основные структуры микромира: элементарные частицы; атомные ядра; атомы; молекулы; биологические системы (нуклеиновые кислоты, белки, вирусы, бактерии, клетки)

Макромир:

- это мир, непосредственно окружающих человека, объектов

- пространственная размерность объектов в макромире исчисляется от 10^–5 см до 10⁴ км

- основные структуры макромира: газообразные, жидкие и твердые тела; биологические системы (организмы, биогеоценозы, биосфера) и т.д.

- изучение объектов микромира проведено в основном в рамках классического естествознания

Мегамир:

- основные структуры мегамира: планеты; планетные системы (например, Солнечная система); звезды; галактики; скопление галактик; Метагалактика; Вселенная

- изучение объектов мегамира осуществляется астрономией, астрофизикой и космологией

- пространственная размерность объектов в мегамире простирается от 10⁴ км до 10²³ км

- в мегамире существенными являются гравитационные взаимодействия больших масс, масс космического масштаба.

Единицы измерений расстояний в мегамире:

- астрономическая единица (а.е.) – расстояние от Земли до Солнца, равная примерно 150 млн. км, применяется для определения космических расстояний в пределах Солнечной системы

- межзвездные и межгалактические расстояния измеряются в единицах:

а) световой год – расстояние, которое световой луч преодолеет за один год, равный примерно 10 триллионов километров (10¹³ км);

б) парсек (п.к.) равен 3,26 светового года, т.е. приблизительно 3·10¹³ км

Звезда:

- самосветящееся небесное тело, состоящее из раскаленных газов (плазмы), по своей природе похожи на Солнце

- основным источником энергии звезд являются реакции термоядерного синтеза, при которых из легких ядер образуются более тяжелые (чаще всего это превращение водорода в гелий)

В начале нынешнего века голландский астроном Э. Герцшпрунг (1873 – 1967) и американский астроном Т. Рессел (1877 – 1957) независимо друг от друга обнаружили, что существует связь между спектрами звезд и их светимостями.

Рассматривая главную последовательность, можно заметить, что, чем горячее относящиеся к ней звезды, тем большую светимость они имеют. Обособленно от главной последовательности в разных частях диаграммы сгруппированы гиганты, сверхгиганты и белые карлики.

Диаграмма «спектр – светимость» показывает, что звезды данного спектрального класса не могут иметь произвольную светимость и, наоборот, звезды с определенной светимостью не могут иметь любую температуру диаграмма «спектр – светимость» отражает важную закономерность в мире звезд, основываясь на которой астрономы исследуют эволюцию звезд.

Эволюция звезды зависит от ее массы и размеров. Обычно масса звезды сравнивается с массой Солнца (масса Солнца @ 2×10³⁰ кг).

1. Внутри звезды происходят термоядерные реакции, радиоактивные элементы постепенно расходуются в этих реакциях. Газы, которые образуются при ядерных реакциях, раздувают оболочку звезды. Температура оболочки звезды уменьшается, и она приобретает красный цвет (Красный гигант).

По мере увеличения оболочки Красный гигант может превратиться в планетарную туманность, в центре которой находится небольшая звезда (Белый карлик) с излучением белого света.

Далее оболочка отделяется от звезды и образуется туманность.

Если туманность поглотит другую звезду или туманность и ее масса окажется равной массе Солнца, то цикл повторится.

2. Если туманность поглотит за счет притяжения другой объект и ее масса будет больше массы Солнца, то образуется Красный сверхгигант.

В результате взрыва Красного сверхгиганта возникает сверхновая звезда.

Из сверхновой звезды, в зависимости от ее массы, может образоваться либо черная дыра, либо нейтронная звезда (если масса звезды больше 2,5 МС, МС – масса Солнца).

Атрибуты планет:

- небесные тела, обращающиеся вокруг звезд

- светятся отраженным светом от звезд

- достаточно массивны, чтобы под действием собственного гравитационного поля стать шарообразными

- достаточно массивна, чтобы своим тяготением расчистить пространство вблизи своей орбиты от других небесных тел

Солнечная система:

Солнечная система – планетная система, включающая в себя центральную звезду – Солнце – и все естественные космические объекты, вращающиеся вокруг неё.

Большая часть массы объектов, связанных с Солнцем гравитацией, содержится в восьми относительно уединенных планетах, имеющих почти круговые орбиты и располагающихся в пределах почти плоского диска – плоскости эклиптики. Четыре меньшие внутренние планеты: Меркурий, Венера, Земля и Марс, также называемые планетами земной группы, состоят в основном из силикатов и металлов. Четыре внешние планеты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, также называемые газовыми гигантами, в значительной степени состоят из водорода и гелия и намного массивнее, чем планеты земной группы.

Границей Солнечной системы считают облако Оорта (шаровой слой кометободобных тел), расположенных на расстоянии в один световой год от Солнца.

Солнце с Солнечной системой находятся внутри галактического диска, наполненного пылью, поглощающей свет. Поэтому на небе мы видим полосу звёзд, но клочковатую, напоминающую сгустки молока. Из-за поглощения света Млечный Путь как галактика изучен не до конца: не построена кривая вращения, до конца не выяснен морфологический тип, неизвестно число спиралей и т. д. Галактика содержит около 3×10¹¹ звёзд, а ее общая масса составляет около 3×10¹² масс Солнца.

Галактики:

Галактика – это система огромного количества звезд и некоторых других объектов (облаков газа и пыли, «темной материи»), связанных друг с другом силами всемирного тяготения. Количество звезд в типичной галактике – десятки и сотни миллиардов. Размеры типичной галактики – десятки тысяч световых лет. По сравнению со звездами и планетами галактики – очень рыхлые образования. Подавляющая часть объема любой галактики – это космическая пустота, плотность вещества в которой измеряется, в лучшем случае, единицами элементарных частиц на кубометр.

Галактики по форме условно разделяются на три типа:

- эллиптические галактики, обладающие формой эллипса с различной степенью сжатия

- спиральные галактики представлены в форме спирали, включая спиральные ветви

- неправильные галактики – не обладают выраженной формой

Наша галактика – Млечный путь, ее основные характеристики:

- гигантская (более 100 млрд. звезд)

- спиральная

- диаметр около 100 тысяч световых лет

Метагалактика: часть Вселенной со всеми находящимися в ней галактиками и другими объектами, которая доступна для исследования современными астрономическими методами. Она содержит несколько миллиардов галактик

Космос – плохо определяемый термин. Он обозначает или Вселенную в целом или пространство за пределами Земли.

Вселенная – все сущее, т.е. весь существующий материальный мир. Пространственные масштабы Вселенной: расстояние до наиболее удаленных из наблюдаемых объектов – более 10 млрд. световых лет

Космология (мегамир)

Космология – раздел астрономии, изучающий свойства и эволюцию Вселенной в целом.

Космология – это учение о Вселенной как едином целом и о всей охваченной астрономическими наблюдениями области Вселенной (Метагалактике) как части целого. Космология выводит свойства современной Вселенной из истории ее возникновения и эволюции. Основу этой дисциплины составляет математика, физика и астрономия.

Космогония – научная дисциплина, в которой изучается происхождение и развитие космических тел и их систем.

Астрофизика (от греч. αστρον – «светило» и φύσις – «природа») – наука на стыке астрономии и физики, изучающая физические процессы в астрономических объектах, таких, как звезды, галактики и т. д. Физические свойства материи на самых больших масштабах и возникновение Вселенной изучает космология.

Космология – это учение о Вселенной как едином целом и о всей охваченной астрономическими наблюдениями области Вселенной (Метагалактике) как части целого. Космология выводит свойства современной Вселенной из истории ее возникновения и эволюции.

История развития космологических представлений отмечена тенденцией к осознанию человеком рядового, ничем не примечательного положения Земли во Вселенной. В древности Земля мыслилась как главное космическое тело, по праву занимающее положение в центре Вселенной. Это характерно и для библейского рассказа о сотворении мира; и для наиболее разработанной античной натурфилософской картины мира – аристотелевой; и даже для математизированной модели движения планет, разработанной Птолемеем.

Отдельные догадки о более скромном положении Земли среди небесных тел (Демокрит, Аристарх Самосский) популярностью и признанием не пользовались. В XV веке Коперник отодвинул Землю из центра на периферию Солнечной системы. В современной же космологии считается, что Земля – это одна из планет рядовой звезды Солнце, принадлежащей обычной галактике, занимающей ничем не примечательное место среди триллионов галактик, доступных наблюдению.

Космологические представления Аристотеля:

- Вселенная ограничена сферой на которой находятся звезды. За этой сферой ничего нет. В центре Вселенной – земля.

- шарообразная Вселенная неоднородна: в подлунном мире все состоит из земли, воды, воздуха, огня; в надлунном мире вплоть до ограничивающей сферы все заполнено гипотетическим эфиром.

Геоцентрическая система Птолимея (развитие идей Аристотеля):

В центре Вселенной сферическая Земля, а вокруг нее обращаются Луна, Солнце, планеты по сложной системе окружностей – «эпициклов», «деферентов», и, наконец, все это было заключено в сферу неподвижных звезд.

Гелиоцентрическая система Коперника: в центре мира неподвижное Солнце, вокруг которого обращаются планеты (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутоний)

Ньютоновская космология (в ее основе лежит система Коперника): Вселенная – безграничная, бесконечная, однородная, неизменная.

Вселенная Эйнштейна: однородна, изотропна и равномерно заполнена материей, преимущественно в форме вещества.

Космологическая модель Фридмана: основана на уравнениях, выведенных из общей теории относительности и описывает нестационарную эволюцию Вселенной.

Выводы из модели Фридмана указывали на то, что материя в однородной и изотропной Вселенной не может находиться в покое – Вселенная должна либо сжиматься, либо расширяться. Если плотность материи меньше некоторого критического значения, то гравитационное притяжение будет слишком мало, чтобы остановить расширение. Если же плотность материи больше критической, то в какой-то момент в будущем из-за гравитации расширение Вселенной прекратиться и начнется сжатие. В этом случае Вселенную ожидает коллапс, в результате которого вновь образуется сгусток, возникнут условия для нового Большого Взрыва и последующего потом расширения. Следовательно, Вселенная может пульсировать между состояниями максимального расширения и коллапса. Это и есть модель пульсирующей Вселенной.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: